几种桩基对比及现浇混凝土薄壁筒桩的应用.doc

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1、几种桩基对比及现浇混凝土薄壁筒桩的应用杨松桥        徐光苗(中南财经政法大学基建处 湖北武汉 )(中国科学院武汉岩土力学研究所)摘 要 对工程中几种常用的桩型进行了对比分析;主要介绍现浇混凝土薄壁筒桩的施工原理、承载力特性和在高速公路软基处理等众多工程中的成功应用,以及应用价值、前景预测。关键词 桩型比较 现浇混凝土薄壁筒桩 原理 承载力特性 工程应用1 引言随着我国建设工程的飞速发展,越来越多的基础工程采用桩基形式,特别对于软土地基以及地质条件复杂的地区,桩基以其不可替代的优势,备受重视。据统计,上世纪90年代,我国每年桩的用量在100万根以上,进入21世

2、纪以来,我国每年各种桩的用量已经超过500万根[1],其中灌注桩每年在300万根以上。桩基型式种类繁多,如果细分,竟超过80种之多[2],对于不同的地质条件应发展其最适应的桩型。总的来看,桩基础正朝高强度、低沉降、无污染、施工快、大桩径、造价低、深埋桩长方向发展。而现浇混凝土薄壁筒桩正是为适应以上形势要求,在沉管灌注桩的基础上加以改进发展而成的一种新型桩,它属于部分挤土桩,是由谢庆道教授自主研发出来的一项新型专利[3]。由于现浇混凝土薄壁筒桩节省混凝土至少40%、挤土效应相对较少、桩径不限、桩身整体质量高等及其它许多优点,近年来已有取代大多数传统灌注桩以及预制桩的趋

3、势。本文通过几种桩型多方面的比较,着重介绍现浇混凝土薄壁筒桩的应用效果并进行前景预测。2 主要桩型比较2.1 预制桩预制桩是在施工前预先制作成型,再用各种机械设备把它沉入地基至设计标高的桩。其优势在于:桩身质量易于控制,可见性好,强度高,单桩承载力大,工厂成批制作,成本低,施工现场整洁,不需降水,施工快,工期短[4]。沉桩方法有锤击法、锤击振动法和静力压桩法等。根据断面的形状又可分为预制方桩、变截面桩、预制筒桩等。预制桩的不足:一是在打入土层时,会发生严重的挤土效应,继而导致桩与桩的挤土作用而变形、断裂、错位甚至上浮;二是单根桩长有限,若设计长桩,则需要多根搭接,一

4、般做法是采用人工焊接,施工中接头容易破坏,从而影响桩的稳定性[5],另外设计桩径有限,一般限于600mm以内。2.2 沉管灌注桩沉管灌注桩是指用机械作用力把下端带有桩尖的钢管挤入土层内,接着在钢管内放入钢筋笼并灌注混凝土,然后再用机械作用力将钢管从土中拔出后而形成的桩体,它是以挤压并排开四周土体的方式成桩,也属于挤土桩。优点在于施工方便、工期短、成本低,可提供较高的承载力,适用范围广。其成桩桩管施工有静压和振动两种方式,不足之处在于:桩身质量难以控制,可能出现断桩、裂缝、缩颈、离析或空洞、吊脚桩等质量问题,桩径也受限制。2.3 钻孔灌注桩钻孔灌注桩是先利用钻机在现场

5、成孔,再换浆清孔,继而吊装钢筋笼、灌注混凝土成桩。承载力较高,施工方便。随着大直径钻孔设备的出现,使得这种桩得到广泛的应用。但主要问题在于,成桩施工容易造成钻孔倾斜,孔壁坍塌、缩颈,孔底沉渣量大,清孔泥浆污染环境。2.4 CFG桩CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩(CementFlyashGravelpile)的简称,它由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加适量水拌和形成具有一定粘结强度和一定压缩性的半刚性桩体。CFG桩、桩间土和褥垫层一起组成CFG桩复合地基,通过褥垫层共同承担上部荷载。由于施工方便,适应范围广,工艺性好,成本低,加之主要材料为工业废弃料,对于保护环境有积极作用

6、,因而在一般的工业民用建筑、高耸构筑物、以及高速公路、铁路路基加固等工程中有着广泛的应用[6]。CFG桩的加固深度,一般只在15m左右,限制了其在大型建筑工程,特别是对地基沉降量要求非常小的重要建筑上的应用。3 现浇薄壁混凝土筒桩3.1 施工原理单体筒桩的施工原理为:预制环形桩靴,桩靴上部凸出,下部呈环锥状;施工时把环形桩靴套入内外套管之间,内外套管的下端面与桩靴上部环形凸面的内外侧相接触;套管上部与压盖相连,内套管上部锥管穿过压盖,插入施力压头与出泥孔导通;将桩靴尖头压入土层;接着振动下沉,在成筒形孔的同时亦同步自动排出软土;放入钢筋笼,灌注混凝土,最后拉出内外套

7、管即成筒状桩基。结构见图1,施工工艺和施工过程见文献[3]、[7]、[8]。3.2 承载特性已有试验资料[3][9]～[11]认为,对于工程中常用的顶部封盖混凝土筒桩,其承载力由桩外侧摩擦阻力、内侧摩擦阻力、土芯顶部阻力及桩端阻力4部分组成。当筒桩顶部受到竖向荷载后,桩身外侧摩擦阻力最先发挥作用;随着荷载增加,桩端阻力随即产生,这时外侧摩擦阻力逐渐增大;而当荷载加载至接近筒桩的承载极限时,土芯顶部阻力和筒桩内侧摩擦阻力也发挥出来。根据相关试验资料[10],筒桩的外侧摩擦阻力约占总承载力的50%～60%,桩端阻力约占30%,土芯顶部阻力约占20%,筒桩内侧摩擦阻力